referat.clopotel.ro
Masele plastice
Se numesc mase plastice materialele produse pe baz de polimeri,
capabile de a cpata la nclzire forma ce li se d i de a o pstra dup
rcire. Dup cantitatea n care se produc ele ocup primul loc printre
materialele polimere. Ele se caracterizeaz printr-o rezisten
mecanic mare, densitate mic, stabilitate chimic nalt, proprieti
termoizolante i electroizolante etc. Masele plastice se fabric din
materii prime uor accesibile, din ele pot fi confecionate uor cele
mai felurite articole. Toate aceste avantaje au determinat
utilizarea lor n diversele ramuri ale economiei naionale i ale
tehnicii, n viaa de toate zilele.
Aproape toate masele plastice conin, n afar de polimeri (denumii
adesea rini), componeni care le confer anumite caliti : substana
polimere servete n ele n calitate de liant. O mas plastic este
constituit din materialul de umplutur (fin de lemn, eseturi,
azbest, fibre de sticl .a.), care i reduc costul i i mbuntesc
proprietile mecanice, plastifiani (de exemplu esteri cu punctual de
fierbere nalt), care le sporesc elasticitatea, le reduc
fragilitatea, stabilizatori (antioxidani, fotostabilizatori), care
contribuie la pstrarea proprietilor maselor plastice n timpul
proceselor de prelucrare i n timpul utilizrii, colorani, care le
dau culoarea necesar, i alte substane.
Pentru a ne comporta corect cu masele plastice, trebuie s tim
din ce fel de polimeri au fost produse ele termoplastici sau
termoreactivi.
Polimerii termoplastici (de exemplu polietilena) la nclzire
devin moi i n aceast stare i schimb uor forma. La rcire ele din nou
se solidific i i pstreaz forma cptat. Fiind din nou nclzite, ele
iari devin moi, pot cpta o nou form i tot aa mai departe. Din
polimerii termoplastici pot fi formate, prin nclzire i presiune,
diferite articole care n caz de necesitate pot fi din nou supuse
aceluia mod de pre lucrare.
Polimerii termoreactivi la nclzire devin plastici, apoi i pierd
plasticitatea devenind nefuzibili i insolubili, deoarece ntre
macromoleculele lor liare au loc interaciuni chimice, formndu-se o
structur tridimensional (ca n cazul vulcanizrii cauciucului). Un
astfel de material nu mai poate fi supus prelucrrii a doua oar. El
a cptat o structur spaial i i-a pierdut plasticitatea proprietate
necesar pentru acest scop. Vom examina n continuare cele mai
rspndite feluri de mase plastice.
POLIETILENA
n drumul mereu ascendent al materialelor plastice, o deosebit
importan a avut descoperirea fcut de Karl Ziegler, n anul 1954, i
anume c amestecul de combinaii organo-aluminice i tetraclorura de
titan catalizeaz polimerizarea etilenei la presiuni joase. Pn la
acea dat, polietilena se obinea numai prin polimerizarea radicalic
la presiuni de ordinul ctorva mii sau chiar zeci de mii de
atmosfere (5000 - 20.000), conducnd la aa numita polietilena de
presiune nalt i foarte nalt sau polietilena de densitate joas (0,92
). Macromoleculele acestui polimer prezint numeroase ramificaii,
ceea ce face ca materialul plastic s aib o cristalinitate de numai
40 - 50%. Ca urmare, polietilena de densitate joas se caracterizeaz
prin rezisten termic i mecanic relativ sczute (polietilena
moale).
Procedeul Ziegler a revoluionat tehnologia de obinere a
polietilenei, permitnd obinerea industrial a acesteia la presiuni
de numai cteva atmosfere. Aceast polietilen este format n principal
din macromolecule liniare, cu foarte puine ramificaii, ceea ce
permite mpachetarea uoar a macromoleculelor. Drept urmare, crete
coninutul n faza cristalin pna la 94%, iar proprietile
termomecanice ale acestui material plastic sunt considerabil
mbuntite. Polietilena obinu prin procedeul Ziegler este cunoscut
sub numele de polietilena de mare densitate, (0,97 ) sau
polietilena dur. Pe lng utilizrile clasice n domeniul ambalajelor,
ea are i alte ntrebuinri, cum ar fi: conducte de presiune, izolaii
electrice, rezervoare foarte mari, ambarcaiuni uoare sau chiar roi
dinate. Descoperirea lui Karl Ziegler a fost dezvoltat cu succes de
lucrrile lui Giulio Natta i ale colii sale. n anul 1955 Giulio
Natta pune bazele polimerizrii stereospecifice care permite
obinerea polimerilor stereoregulai, folosind drept catalizator de
polimerizare produii de reacie ai combinaiilor organo-aluminice cu
compuii materialelor tradiionale (aa numiii catalizatori
Ziegler-Natta). Importana acestor descoperiri rezult i din faptul c
n 1963, celor doi savani le-a fost decernat premiul Nobel pentru
chimie.
Cu aceti catalizatori au fost polimerizai cei mai diveri
monomeri, obinndu-se materiale plastice cu proprieti noi. Una din
proprietile de baz este aceea c sunt apte de a cristaliza, datorit
aranjamentului spaial regulat al monomerilor i ai substituenilor
acestora, faptul acesta conferindu-le o rezisten mecanic i termic
superioar celor ale materialelor plastice atactice
(nestereoregulate). n acest sens o mare realizare a constituit-o
obinerea polipropilenei izotactice cu structur cristalin a crei
temperatur de topire este de circa 165 C, pe cnd polipropilena
atactic amorf are intervalul de nmuiere la 100 - 120 C. Deosebit de
interesant este obinerea unor polimeri de propilen stereobloc.
Sinteza decurge astfel nct n macromolecule se gsesc blocuri
cristaline i amorfe. Un asemenea material plastic se topete ntr-un
interval larg de temperatur, (100 - 170 C) ceea ce i faciliteaz
prelucrarea. Pentru a mbuntii calitile maselor plastice se recurge
i la alte procedee. Materialele plastice izotactice se utilizeaz
att ca atare, ct i sub forma compoziiilor lor ranforsate (cu fibre
de sticl, grafit, fibre de azbest etc). Ranforsarea (armarea)
materialelor plastice mrete mult rezistena mecanic i greutatea
specific, dar n acelai timp crete i preul lor. Alte ci de
modificare a proprietilor materialelor plastice constau n formarea
de aliaje ntre ele, grefari de macromolecule pe un material dat
etc.
(-CH2-CH2-)n este o substan solid, de culoare alb, termoplastic,
puin grasoas la pipit, asemntoare cu parafina. Aceasta asemnare
poate fi neleas dac vom lua n considerare faptul c acest polimer
prezint prin structura sa o hidrocarbur saturat (parafina) cu o mas
molecular mare. De aici se poate trage concluzia despre
inflamabilitatea polietilenei i despre stabilitatea ei chimic fa de
reagenti. Polietilena arde cu o flacr albstrie luminoas. Soluiile
de acizi, baze i oxidani (permanganat de calciu) asupra ei nu
influeneaz. Acidul azotic concentrat o distruge.POLIPROPILENA
(-CH2-CH-)n este foarte asemntoare cu polietilena. Ea de
asemenea este un (CH3) material solid, grasos la pipit, de culoare
alb, termoplastic. Ca i polietilena ea poate fi considerat
hidrocarbur macromolecular saturat (masa molecular este de 80.000
200.000). Este un polimer stabil la mediile agresive. Spre
deosebire de polietilen, ea devine moale la o temperatur mai nalt
(de 160-170 C) i are o rezisten mai mare. La prima vedere aceasta
pare de neneles. Prezena n prolipropilen a numeroase grupe laterale
(CH3) ar fi trebuit s mpiedice la alipirea macromoleculeleor una de
alta. Rezistena polimerului i temperatura lui de topire n acest caz
ar fi trebuit nu s creasc, ci s descreasc.
Pentru a nelege aceast contradicie, este necesar s examinm mai
profound structura acestei substane. n procesul de polimerizare
moleculele de propilen (sau de alt monomer cu o structur
asemntoare) pot s se uneasc unele cu altele n diferite moduri, de
exemplu: CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH -
CH3 CH3 CH3 CH3
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2
CH3 CH3 CH3 CH3
Primul procedeu se numete cap-coad, cel de-al doilea procedeu
coad-cap. E posibil i o variant mixt de combinare.
Polimerizarea propilenei se realizeaz n prezen de catalizatori,
ceea ce contribuie la formarea dintre toi polimerii posibili a
polimerului cu o structur regulat corespunztoare principiului
cap-coad, caracterizat printr-o succesiune dreapt a grupelor metil
n caten.
Grupele (CH3) capt n cazul unei polimerizri de acest fel o
orientare spaial regulat. Daca ne vom nchipui c atomii de carbon,
care formeaz macromolecula zig zag, sunt situati ntr-un singur
plan, atunci grupele metil vor fi situate sau de una i aceeai parte
a acestui plan, sau se vor succede regulat de ambele pari ale
lui.
Polimerul capt, dup cum se spune o structura sterioregulata. La
un asemenea polimer macromoleculele sunt strns lipite una de alta(
au un nalt grad de cristalitate), forele de atracie reciproc dintre
ele cresc, ceea ce influeneaz asupra proprietailor.
Clorura de polivinil (- CH2 CH -)n este un poilimer
termoplastic, ale crui macromoleculele au o structur de tipul
cap-coad(Mr de la 10 000 pine la 150 000). Ea se obine prin
polimerizarea prin radicali a clorurii de vinil CH2=CH n prezena de
iniiatori, din a caror dezintegrare rezul radicali liberi pentru
nceputul creterii catenei.
Dupa poziia i structura sa clorura de polivinil poate fi
considerat un clor-derivat al poilietilenei. Atomii de clor, care
substituie o parte din atomii de hidrogen, sunt legai trainic de
atomii de carbon, de aceea clorura de polivinil este stabil la
aciunea acizilor i a bazelor, are proprietai dielectrice bune, o
rezisten mecanic mare. Ea de fapt nu arde, dar se descompune uor la
ncalzire, eliminnd clorura de hidrogen. Pe baza de clorura de
polivinil se obin mase plastice de doua tipuri: viniplast , care
are o regiditate considerabil, i plasticat, care e un material ceva
mai moale. Pentru a preveni descompunerea acestui polimer, n masele
plastice fabricate pe baza lui se introduc stabilizatori, iar
pentru a obine plasticate moi se introduc i plastifianti.
Din viniplast se fabric evi rezistente la aciunea agenilor
chimici, piese pentru aparatajul chimic, cuti de acumulator i multe
altele.POLISTIRENUL
(- CH2 CH - )n. Monomerul acestui polimer este stirenul
CH2=CH.
El reprezint o mbinare de hidrocarburi nesaturate cu
hidrocarburi saturate, ca si cum ar fi etilena, n a crui molecul un
atom de hidrogen este substituit cu un radical de fenil C6H5, sau
benzen, n a crui molecul atomul de hidrogen este substituit cu un
radical de vinil CH2=CH-. Polisterenul are o structur liniar, masa
molecular de la 50 000 pina la 300 000. Se obine prin polimerizarea
monomerului n prezena de initiaori. Spre deosebire de polimerii
examinai mai nainte, polistirenul la nclzire se depolimerizeaz
foarte uor, adic se dezintegreaz, formnd monomerul iniial:
-CH2 CH CH2 CH CH2 CH - nCH2=CH
C6H5 C6H5 C6H5 C6H5 Un astfel de process poate fi realizat i n
laboratorul colii: la nclzirea polimerului n aparatul pentru
distilarea lichidelor n receptor se va acumula monomerul format.
Prezena legturii dublein stiren poate fi uor demonstrat pe cale
experimental.
Unul din dezavantajele polistirenului este rezistenta relativ
mic la lovire, ceea ce reduce domeniile de utilizare. In prezent
datorit cauciucului la sintetizarea polimerului se obine polistiren
rezistent la lovire. Acest polistiren este acum cel mai raspndit. O
varietate de polimer este penopolistirenul. El se obine, adaugnd n
timpul preparrii materialului a unei subtane de spumare. Ca
rezultat polistirenul capat o structur asemanatoare cu o spum
solidificat cu porii nchisi. Acesta este un material foarte uor.
Penopolistirenul se utilizeaz n calitate de material termo- i
fonoizolator, la construcii, n tehnica frigorific , industria
mobilei.MASELE PLASTICE FENOLFORMALDEHIDE
Rin fenol- formaldehidic este o substan macromolecular care
constituie baza maselor plastice ea se sintetizeaz nu prin
polimerizare, ci prin reactia de policondensare i dupa proprietai
nu e termoplastic, ci termoreactiv. Prin aceste dou particulariti i
se deosebete de celelalte mase plastice.
Aceast rain se sintetizeaz prin ncalzirea fenolului mpreuna cu
aldehida formic n prezena de acizi sau de baze n calitate de
catalizatori.
tim de acum c n fenol se produc uor reacii la atomii de hidrogen
din pozitiile 2, 4, 6. n acest caz policondensarea are loc acolo
unde se gsesc atomii de hidrogen din poziia 2 si 6. n prezenta unei
cantiti suficiente de aldehid formic la reacie particip i atomi de
oxigen din poziia 4, i atunci moleculele liniare se unesc prin
intermediul grupelor CH2 una cu alta, formnd un compus
macromolecular cu o structur spaial. Acest proces secundar, n
timpul cruia se manifest caracterul reactiv al polimerului, are loc
de acum n timpul procesului de prelucrare n scopul obinerii
articolului necesar.
Rainele fenolformaldehidice se utilizeaz, de regul, ca parti
componente ale diferitelor materiale artificiale. n afara de
poilimeri care joac rolul de liani, n compoziia lor intr materiale
de umplutur, substane de solidificare, colorani i altele. n
procesul de prelucrare la executarea articolelor din ele, de
exemplu n timpul presrii la cald, o astfel de mas plastic la nceput
e termoplastic, umple bine forma, apoi n timpul ncalzirii i sub
aciunea presiunii n ea se formeaz structura spaial i ea devine
articol solid monolit.
Articolele produse pe baza de mase plastice fenolformaldehidice
se caracterizeaz printr-o rezistena mecanic, rezisten termic i
stabilitate mare la aciunea acizilor, prin proprietati dielectrice
bune.
Din masele plastice fenolformaldehidice, la care n calitate de
material de umplutur serveste fain de lemn, se prepar pulberi de
presare, iar din acestea - prin presare la cald un larg asortiment
de articole electrotehnice, precum i multe aparate de uz
casnic.
Utiliznd n calitate de material de umplutur materiale fibroase,
de exemplu linters de bumbac, se obin materialele cu fibre.
Dac n calitate de material de umplutur se folosete estura de
bumbac, se obine o mas plastic rezisten denumit textolit ( piatra
textila). Din ea se executa piese deosebit de importante pentru
masini.
Sunt larg cunoscute materialele plastice cu straturi lemnoase.
Ele se obin prin prelucrarea furnirului de lemn cu rin
formaldehidic i prin presarea lui ulterioar. Fiind un material
rezistent i ieftin, se folosesc n industria constructoare de
masini, n transport, n diverse ramuri ale tehnicii, precum i pentru
fabricarea mobilei.
O larga ntrebuinare ii gsete textolitul de sticl. El este o mas
plastic la care n calitate de material de umplutur servete estura
din fibre de sticl. Acesta este un material de o rezisten deosebit,
are o stabilitate termic sporit, proprieti electroizolante
bune.
Iat pe scurt cteva dintre cele mai interesante domenii de
aplicare a materialelor . Industria de ambalaje este i va ramne i n
viitor n lume principalul consumator de materiale plastice. Se
estimeaz c rata de dezvoltare a ambalajelor din plastic va fi n
continuare n medie de 10% anual n lume, iar pe ari o dezvoltare
proportionala cu produsul naional brut. Materialele plastice au
patruns adnc n domeniile de utilizare ale sticlei, tablelor i
foliilor metalice, extinderea i perfecionarea sistemelor de
ambalaje. n domeniul materialelor de construcii, masele plastice i
vor continua de asemenea ascensiunea, pe plan mondial atingndu-se
ritmuri de cretere a produciei i consumului de 10-15%. Principalele
categorii de produse sunt profilele din materiale plastice ca
nlocuitor ai tablelor ondulate i profilelor metalice, panourile
stratificate, elementele prefabricate cu izolaie termic si fonic
din spume poliuretanice, reele sanitare i electice cuprinznd evi
din policlorur de vinil i poliolefine, instalaii sanitare din
poliesteri armai, polimeri acrilici sau aliaje din diferite
materiale plastice cum ar fi acrilonitrilul, butadiena i
stirenul(ABS). Electrotehnica i electronica, beneficiari
tradiionali ai materialelor polimere, au cunoscut o ptrundere
relativ important a maselor plastice, n special polmerii
tradiionali ca policlorur de vinil, polietilena, polistirenul dar i
unele mase plastice speciale cum sunt policarbonaii, poliacetalii,
polifenilen oxidul etc. Industria construciilor de maini i
autovehicule a nregistrat cel mai nalt ritm de asimilare a
materialelor plastice: n medie, pe plan mondial, 44% anual.
Principalele tipuri de polimeri folosii sunt policlorura de vinil,
poliolefinele i polimerii stirenici. Direciile de utilizare a
materialelor plastice n construcia de maini se diversific i se
multiplic continuu. n agricultur ponderea ce mai mare o dein
filmele de polietilena de joas presiune, folosite pentru meninerea
umiditii solului, protejarea culturilor n sere. Alte domenii de
aplicaii ale materialelor sintetice polimere sunt tehnicile de vrf.
Iat cteva exemple:Industria aerospatial
Condiiile principale impuse materialelor plastice utilizate n
acest domeniu sunt: s reziste la temperaturi ridicate i sczute, s
nu ard, iar dac ard s nu produc fum. Astfel hublourile avioanelor
se confecioneaz din policarbonat rezistent la foc i care are si o
exceptional rezisten la oc. Pentru cabinele de pasageri se fosesc
laminate din rin epoxidic sau fenolic ranforsate cu fibre de sticl
i acoperite cu un strat metalic subire pentru o ct mai bun rezisten
la foc. La construcia navelor spaiale se utilizeaz plci cu structur
sandwich de grafit-rain epoxidic-bor-aluminiu care rezist la
temperaturi ridicate.Industria nuclear Politetrafluoretilena i
politriclorfluoretilena, care rezist la compuii fluorurai agresivi
cum este i hexaflurura de uraniu, se utilizeaz la instalaiile
industriale destinate separrii izotopice a uraniului, ca elemente
de legatur pentru pompe i compresoare, conducte, clape de vane etc.
Pentru mbuntirea rezistenei faa de radiatiile beta sau de
amestecurile de radiaii i neutroni provenite de la pilele nucleare
se utilizeaz polimeri fluorurai (fluoroplaste) grefai radiochimic
cu monomeri de stiren, metil-metacrilat etc.Industria chimic n
acest domeniu, materialele plastice i gsesc cele mai diverse
aplicaii, ncepnd de la conducte pna la piese componente ale
pompelor i compresoarelor care lucreaz n medii corozive, graie
greutii sczute i rezistenei chimice i mecanice ridicate al acestor
materiale. Dar materialele plastice cunosc utilizri importante
chiar n construcia unor aparate i utilaje la care cu greu i-ar fi
putut nchipui cineva c se poate renuna la metal. S-au executat
astfel reactoare chimice din polipropilena izotactica i poliester
armat cu fibre de sticl avnd o capacitate de nu mai puin de 48 t,
diametrul reactorului fiind de 3m, iar nlimea de 7,5m. n prezent se
utilizeaz schimbatoare de caldur pentru rcirea lichidelor corozive
cu tuburi din politetrafluoretilena. Materialele folosite prezint o
rezisten mult mai mare la coroziune dect tuburile din fonta, avnd
un cost similar dar o greutate mult mai mic. S-au construit de
asemenea tuburi de atomizare a materialelor, de 15m naltime si 25m
diametru, placate n interior cu politetrafluoretilena, pentru
solutiile concentrate de sruri alcaline. Politetrafluoretilena,
avnd proprieti antiaderente mpiedic formarea crustelor pe pereii
turnului.Industria electronic Sunt cunoscute n general proprietaile
electroizolante ale polimerilor sintetici. S-au gsit ns utilizari
ale materialelor plastice i ca nlocuitori de materiale conductoare
i semiconductoare tradiionale. Utilizarea lor n acest domeniu se
bazeaz pe urmatoarele considerente: uurina de formare a piesei cu
geometria dorit, aplicnd tehnicile convenionale de prelucrare a
materialelor plastice; posibiliatea de realizare a gradului de
conductibilitate dorit; greutate mult mai scazut a piesei.
Materialele plastice cu conductbilitate electric se realizeaz pe
dou ci principale. Prima este de obinere de amestecuri polimerice
electroconductibile prin introducerea de grafit sau pulberi
metalice n masa materialului. Cea de a doua const n realizarea
polimerilor cu structuri moleculare particulare, prin sinteza
direct sau prin modificarea catenei polimerice, ca de exemplu:
poliftalocianina, polifenocen, polimeri de condensare.Materialele
plastice semiconductoare sunt de dou tipuri:
cu semiconductibilitate de tip ionic, ca de exemplu
poliacrilatul de sodiu:
cu semiconductibilitate de tip electronic, datorit prezenei de
electroni delocalizai (de obicei, electroni de tip ). Un exemplu l
constituie polimerul obinut prin nclzirea poliacrilonitrilului
(Ladder-polymer). Aceste materiale plastice i gsesc utilizarea la
fabricarea tranzistoarelor.
Schimbarile cele mai spectaculoase nu au loc ns n domeniul asa
numiilor polimeri clasici. Anii 80 au marcat dezvoltarea unui
sector deosebit de important al sintezei materialelor plastice- cel
al polimerilor speciali. Produi n cantiti mici, n condiii speciale,
ei sunt capabili s ofere utilizatorilor performante ridicate.
Simpla aditivare, de exemplu, a cunoscutelor rini epoxi cu fibre de
carbon, duce la aparitia unui material al crui modul de
elasticitate specific este de 10 ori mai mare dect al celor mai
bune oeluri produse n acea vreme. Alte modificari, de data aceasta
n nsai structur polimerilor, pot aduce caliti spectaculoase n
comportamentul acestora. De exemplu daca lanurile hidrocarbonate
ale polimerilor nu sunt lsate s se plieze la ntmplare ci sunt
ntinse prin etirare, ia natere o structur semicristalina a masei de
material plastic care este caracterizat de o mare rezisten mecanic.
Un alt exemplu l constituie articulaiile din plipropilena etirat,
care datorit structurii cristaline rezist la milioane de ndoiri. O
alt posibilitate de a modifica structura masei de polimeri o
constituie legarea chimic a lanurilor hidrocarbonate ntre ele.
Rezult asa-numiii polimeri reticulai, care se aseaman cu o reea
tridimensional. Caracteristice pentru aceast structur sunt
infuzibilitatea, o rigiditate neobinuit, insolubilitate n orice
dizolvant. Materialele plastice speciale se impun tot mai mult i
prin calitaile lor optice. Cele mai spectaculoase realizri le
consemneaz fibrele optice din polimeri acrilici sau poliamidici,
care au o ductibilitate, o rezisten i o elasicitate mult superioare
fibrelor din sticl mineral. n sfrit , n acelai domeniu sunt de
menionat polimerii cu structur tridimensional de foarte mare
regularitate, cilindric sau n lamele echidistante. Ei sunt foarte
asemntori cristalelor lichide. Dac distanele dintre cilindri sau
lamele sunt de ordinul lungimilor de und ale radiaiilor luminoase,
are loc un proces de difracie a acestora. Astfel, un material
plastic cu o asemenea structur se comport ca un colorant irizant.
De asemenea, polimerilor sintetici li se pot conferi capacitatea de
a conduce curentul electric sau pot deveni electretice substane cu
ncrctura electric bipolara permanent. n sfrsit, cea mai interesant
aventur a materialelor plastice, pare sa devin n viitor,
biocompatibilitatea. Prin grefarea pe lanul polimerului a unor
grupri chimice adecvate se spera ca acesta nu va mai fi considerat
strin de organismul uman. Ct de util ar fi o asemenea proprietate
pe lng medicina viitorului este uor de imaginat, la nivelul actual
de cunotine de care dispunem.